KR20180112771A - System and method for controlling operating voltage - Google Patents

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KR20180112771A
KR20180112771A KR1020187020414A KR20187020414A KR20180112771A KR 20180112771 A KR20180112771 A KR 20180112771A KR 1020187020414 A KR1020187020414 A KR 1020187020414A KR 20187020414 A KR20187020414 A KR 20187020414A KR 20180112771 A KR20180112771 A KR 20180112771A
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operating voltage
rate
voltage
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라우리 코스키넌
매슈 투릉쿠이스트
마르쿠스 히엥카리
야니 마키파
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미니마 프로세서 오와이
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Abstract

전자 기기의 동작 전압을 제어하기 위한 제어 시스템(100)이 제시된다. 상기 전자 기기는 상기 전자 기기의 동작과 관련된 (에러들 같은) 타이밍 이벤트들에 응답하는 타이밍 이벤트 검출기가 구비된다. 상기 제어 시스템은 타이밍 이벤트들의 레이트가 실질적으로 타겟 레벨에 있는 최소 동작 전압인 임계 전압을 찾기 위해, 타이밍 이벤트들의 레이트가 타겟 레벨 미만일 때 동작 전압을 감소시키고, 그리고 타이밍 이벤트들의 레이트가 타겟 레벨을 초과할 때 동작 전압을 증가시키는 제어기(101)를 포함한다. 상기 제어 시스템은, 클록 주파수가 상기 동작 전압의 증가함수에 따르도록, 상기 전자 기기를 동작시키기 위한 클록 신호를 생성하기 위한 제어 가능한 클록 신호 발생기(102)를 포함한다. 이에 따라, 에너지 소비가 최소화되는 전압-주파수 동작 지점을 찾을 수 있다.A control system (100) for controlling the operating voltage of an electronic device is presented. The electronic device is provided with a timing event detector responsive to timing events (such as errors) associated with the operation of the electronic device. The control system decreasing the operating voltage when the rate of timing events is below the target level to find a threshold voltage that is the minimum operating voltage at which the rate of timing events is substantially at the target level and that the rate of timing events exceeds the target level And a controller (101) for increasing the operating voltage. The control system includes a controllable clock signal generator (102) for generating a clock signal for operating the electronic device such that the clock frequency follows an increasing function of the operating voltage. Thus, a voltage-frequency operating point where energy consumption is minimized can be found.

Description

동작 전압을 제어하는 시스템 및 방법System and method for controlling operating voltage

본 발명은 일반적으로 예를 들어 디지털 프로세서 회로와 같은(그러나 반드시 디지털 프로세서 회로일 필요는 없음) 전자 기기의 에너지 소비를 제어하는 것에 관한 것이다. 더 구체적으로, 본 발명은 전자 기기에 공급되는 동작 전압을 제어하는 방법 및 시스템에 관한 것이다. 또한, 본 발명은 전자 기기에 공급되는 동작 전압을 제어하기 위한 컴퓨터 프로그램에 관한 것이다.The present invention generally relates to controlling the energy consumption of electronic devices, such as, for example, a digital processor circuit (but not necessarily a digital processor circuit). More particularly, the present invention relates to a method and system for controlling an operating voltage supplied to an electronic device. The present invention also relates to a computer program for controlling an operating voltage supplied to an electronic apparatus.

많은 경우에, 디지털 프로세서 회로와 같은 전자 기기의 에너지 소비는 중요한 문제이다. 예를 들어, IoT(Internet-of-Things), II(Industrial Internet) 및 IoE(Internet-of-Everything) 같은 기술들은 대규모 혁신의 문턱에 있으며, 혁신의 주요 원인은 유비쿼터스 무선 처리 노드들이다. 그러나, 주어진 거리를 가로지르는 비트 전송의 에너지 소비는 무어의 법칙에 따라 무선 노드 내에서의 디지털 처리만큼 유리하게 확장되지 않는다. 따라서 무선 전송의 에너지 비용은 디지털 처리에 비해 비례하여 증가할 것이다. 따라서 에너지 효율을 높이려면 노드 내부 처리량을 증가시켜서 데이터의 무선 전송을 최소화해야 한다. 따라서 프로세서와 디지털 신호 처리(DSP)는 비록 최적화될 가장 중요한 부분은 아닐지라도 최적화될 가장 중요한 부분들 중 하나가 될 것이다. 이는 예를 들면 기계 학습(machine learning), 비디오 등과 같은 무선 노드의 기능들이 증가함에 따라 더욱 복잡해질 것이다.In many cases, the energy consumption of electronic devices such as digital processor circuits is an important issue. For example, technologies such as Internet-of-Things (IOT), Industrial Internet (II) and Internet-of-Everything (IoE) are at the threshold of massive innovation and the main reason for innovation is ubiquitous wireless processing nodes. However, the energy consumption of a bit transmission across a given distance is not as beneficial as digital processing within a wireless node in accordance with Moore's Law. Therefore, the energy cost of wireless transmission will increase proportionally compared to digital processing. Therefore, in order to increase energy efficiency, it is necessary to increase the internal throughput of nodes to minimize the wireless transmission of data. So processors and digital signal processing (DSP) will be one of the most important parts to be optimized, even if they are not the most important part to be optimized. This will become more complicated as the functions of wireless nodes such as machine learning, video, etc. increase.

예를 들어, 종래의 CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor) 설계에서, 동작 전압, 즉 전원 전압(VDD)은 일반적으로 1 볼트 이상이다. 전력 소비에 의해 지시된 에너지 소비는 동작 전압(VDD)에 실질적으로 2차적으로(quadratically) 의존한다. 즉, 전력 소비는 실질적으로 VDD2에 비례한다. 따라서, 에너지가 제한된 시스템들(예를 들어 IoT(Internet-of-Things))에서부터 열이 제한된 시스템들(예를 들어, 서버들)에 이르기까지 광범위한 애플리케이션들에서 동작 전압(VDD)을 감소시키려는 강력한 동기가 있다. a) 예를 들어 CMOS 기술 같은 기술의 기능 제한 및 b) 예를 들어 동작 속도에 대한 제한 사항과 같은 성능 제한 사항으로 인해, 동작 전압(VDD)에 대한 하한선이 있다. 동작 전압(VDD)의 하한선보다 약간 높게, 또는 임계 전압(NTV)에 근접하게 동작함으로써, 디지털 설계는 견고하고, 에너지 소모가 적으며, 우수한 성능을 갖는다. 따라서, 디지털 NTV 설계를 구축하는 연구자와 회사가 점점 더 많아지고 있다. 경우에 따라서는 그리고 특히 중앙 처리(CPU)와 함께, 동작 전압을 종종 코어 전압이라고 한다.For example, in a conventional CMOS (Complementary Metal Oxide Semiconductor) design, the operating voltage, i.e., the power supply voltage VDD, is typically greater than 1 volt. The energy consumption indicated by the power consumption is substantially quadratically dependent on the operating voltage VDD. That is, the power consumption is substantially proportional to VDD 2 . Thus, there is a strong need to reduce the operating voltage (VDD) in a wide range of applications, from energy limited systems (e.g., Internet-of-things (IoT)) to systems with limited heat There is motivation. There is a lower limit for the operating voltage (VDD) due to: a) functional limitations of technologies such as, for example, CMOS technology; and b) performance limitations such as, for example, restrictions on operating speed. By operating slightly below the lower limit of the operating voltage (VDD) or close to the threshold voltage (NTV), the digital design is robust, energy efficient and has excellent performance. Therefore, more and more researchers and companies are building digital NTV designs. In some cases, and especially with central processing (CPU), the operating voltage is often referred to as the core voltage.

NTV의 잠재 시장은 위에서 언급한 IoT 및 무선 웰빙 및 헬스케어와 같은 애플리케이션들을 위한 가까운 장래의 전자 제품들에 있다. 의료 산업의 성장은 주요 동력 중 하나일 것으로 예상되며, 그리고 임베디드 시스템 수요에 긍정적인 영향을 미칠 것으로 예상된다. 이는 혈당 모니터들과 같은 의료 기기에 사용되는 상당수의 임베디드 시스템들에 기인할 수 있다. NTV's potential market is in the near future electronics for applications such as IoT and wireless wellness and healthcare mentioned above. Growth in the healthcare industry is expected to be one of the key drivers, and is expected to have a positive impact on embedded system demand. This may be due to the large number of embedded systems used in medical devices, such as blood glucose monitors.

이상적으로, 전자 시스템은 그것의 동작을 공칭 동작 전압에서 NTV까지 축소(scaling down)할 수 있을 것이다. 그러나, 동작 전압을 임계 전압 미만으로 낮추면 성능이 크게 저하되고 실제로는 기능 장애가 발생할 수 있다. 따라서 NTV에서 동작하려면, 임계 전압의 위치된 곳을 식별하는 방법이 필요하다. 이 방법은 유리하게는 동적인데, 그 이유는 예를 들어 CMOS 기기들의 임계 전압이 국부 변화 및 전역 변화(예를 들어, 온도) 모두로 변하기 때문이다. 또한, 최근 CMOS에서는 임계 전압을 의도적으로 이동시키기 위해 바디 바이어스(body bias)가 사용된다. 에너지 소비를 줄이기 위한 공지된 기술적 해결책에서, 동작 전압(VDD)은 예를 들어 스루풋 요건 및/또는 온도와 같은 동작 파라미터들의 함수로서 동작 전압의 값을 제공하는 룩업 테이블의 도움으로 결정된다. 그러나, 룩업 테이블은 전자 시스템의 설계 단계에서 최종화되며, 그리고 따라서 룩업 테이블은 동적 변화 및 설계 후 변수들을 극복하기 위한 안전 마진(safety margin)을 포함해야한다. 이러한 안전 마진은 런타임에서 에너지 손실을 초래한다.Ideally, the electronic system will be able to scaling down its operation from its nominal operating voltage to NTV. However, lowering the operating voltage below the threshold voltage can significantly degrade performance and can actually cause malfunctions. Therefore, in order to operate in NTV, a method of identifying where the threshold voltage is located is needed. This method is advantageously dynamic because, for example, the threshold voltage of CMOS devices changes to both local variations and global variations (e.g., temperature). Further, in recent CMOS, a body bias is used to intentionally move the threshold voltage. In a known technical solution for reducing energy consumption, the operating voltage VDD is determined with the aid of a look-up table that provides a value of the operating voltage as a function of operating parameters, for example, throughput requirements and / or temperature. However, the look-up table is finalized at the design stage of the electronic system, and therefore the look-up table should include a safety margin to overcome dynamic changes and post design variables. This safety margin results in energy loss at runtime.

에너지 소비 최적화와 함께 그리고/또는 에너지 소비 최적화와 관련하여 사용 가능한 기술 솔루션들은 예를 들어 다음의 공보들에 기술되어 있다 : US 제8924902호, US 제8237477호 및 US 제8072796호.Technological solutions that can be used in conjunction with energy consumption optimization and / or optimization of energy consumption are described, for example, in the following publications: US 8924902, US 8237477 and US 8072796.

다음은 본 발명의 다양한 실시예들의 일부 양상들의 기본적인 이해를 제공하기 위한 간략화된 요약을 나타낸다. 본 요약은 본 발명의 광범위한 개요가 아니다. 본 요약은 본 발명의 핵심 또는 중요한 요소들을 식별하지도 않고 본 발명의 범위를 기술하지도 않는다. 다음의 요약은 단지 본 발명의 실시예들을 예시하는 상세한 설명의 서두로서 일부 개념들을 단순화된 형태로 나타낼 뿐이다.The following presents a simplified summary in order to provide a basic understanding of some aspects of various embodiments of the invention. This summary is not an extensive overview of the invention. This Summary is neither intended to identify key or critical elements of the invention nor to delineate the scope of the invention. The following summary merely presents some concepts in a simplified form as a prelude to the detailed description illustrating embodiments of the invention.

본 발명에 따르면, (예를 들어, 디지털 프로세서 회로와 같은) 전자 기기에 공급되는 동작 전압(VDD)을 제어하기 위한 새로운 제어 시스템이 제공된다. 상기 전자 기기는 상기 전자 기기의 동작과 관련된 타이밍 이벤트들에 응답하는 타이밍 이벤트 검출기가 구비된다. 상기 타이밍 이벤트들은 예를 들어 상기 전자 기기의 동작과 관련된 에러들에 응답할 수 있으며, 그리고/또는 (시간-차용 신호들(time-borrowing signals) 같은) 기기의 동적 동작에 대한 신호들에 응답할 수 있으며, 그리고/또는 전자 기기의 동작의 품질, 성능, 또는 기타 다른 적절한 특성 또는 특성들을 직접적으로 또는 간접적으로 나타내는 임의의 다른 신호들 또는 이벤트들에 응답할 수 있다.In accordance with the present invention, a new control system is provided for controlling an operating voltage (VDD) supplied to an electronic device (e.g., a digital processor circuit). The electronic device is provided with a timing event detector responsive to timing events associated with the operation of the electronic device. The timing events may be responsive to, for example, errors associated with the operation of the electronic device and / or responsive to signals for dynamic operation of the device (such as time-borrowing signals) And / or may respond to any other signals or events that directly or indirectly indicate the quality, performance, or other appropriate characteristics or characteristics of the operation of the electronic device.

본 발명에 따른 제어 시스템은 다음을 포함한다 :A control system according to the present invention includes:

- 타이밍 이벤트들의 레이트를 결정하고, 타이밍 이벤트들의 레이트가 실질적으로 타겟 레벨에 있는, 동작 전압의 최소값인 임계 전압을 찾기 위해, 타이밍 이벤트들의 레이트가 타겟 레벨 미만이면 동작 전압을 감소시키고, 그리고 타이밍 이벤트들의 레이트가 타겟 레벨을 초과할 때 동작 전압을 증가시키는 제어기; 및Decreasing the operating voltage if the rate of timing events is less than the target level, to determine the rate of timing events and to find a threshold voltage which is the minimum value of the operating voltage at which the rate of timing events is substantially at the target level, A controller that increases the operating voltage when the rate of the target voltage exceeds a target level; And

- 상기 전자 기기를 동작시키기 위한 클록 신호를 생성하기 위한 제어 가능한 클록 신호 발생기로서, 상기 클록 신호의 펄스 레이트를 나타내는 상기 클록 주파수(Fclk)는, 상기 동작 전압이 상기 임계 전압보다 클 때 상기 타이밍 이벤트들의 레이트가 실질적으로 상기 타겟 레벨에 있고 그리고 상기 동작 전압이 상기 임계 전압 미만일 때 상기 타이밍 이벤트들의 레이트가 상기 타겟 레벨을 초과하도록, 상기 동작 전압의 증가함수에 따르는, 클록 신호 발생기.- a controllable clock signal generator for generating a clock signal for operating said electronic device, wherein said clock frequency ( Fclk ) indicative of the pulse rate of said clock signal is at least one of said timing when said operating voltage is greater than said threshold voltage Wherein the rate of the timing events exceeds the target level when the rate of events is substantially at the target level and the operating voltage is below the threshold voltage.

이 문서에서, "증가함수"란 용어는 미분계수가 양(예를 들어, dFclk/dVDD > 0)인 함수를 의미한다. 즉, 클록 주파수는 동작 전압이 감소할 때 감소하며 그리고 동작 전압이 증가할 때 증가한다. 상술된 타이밍 이벤트들의 레이트는 예를 들어 전자 기기의 동작과 관련된 에러들의 레이트일 수 있지만, 반드시 그러한 것은 아니다.In this document, the term "increasing function" means a function whose derivative coefficient is positive (e.g., dF clk / dVDD> 0). That is, the clock frequency decreases when the operating voltage decreases and increases when the operating voltage increases. The rate of the above-mentioned timing events may, but need not, be, for example, the rate of errors associated with the operation of the electronic device.

상술된 임계 전압을 찾을 때 상술된 클록 주파수(Fclk)가 동작 전압(VDD)과 함께 변화하기 때문에, 전자 기기의 에너지 소비가 최소화되는 전압-주파수 동작 지점을 발견할 수 있으며, 이로써, 검출된 타이밍 이벤트 레이트는 수용 가능한 레벨로 유지되어 성능이 떨어지지 않는다. 유리하게는, 제어 시스템은 동작 조건들(예를 들어, 온도)의 변화에 대해 동작 전압(VDD) 및 클록 주파수(Fclk)를 동적으로 적응시키도록 전자 기기의 동작 동안 동작하도록 구성된다. It is possible to find a voltage-frequency operating point where the energy consumption of the electronic device is minimized since the above-mentioned clock frequency Fclk changes with the operating voltage VDD when searching for the above-mentioned threshold voltage, The timing event rate is maintained at an acceptable level so that performance does not degrade. Advantageously, the control system is configured to operate during operation of the electronic device to dynamically adapt the operating voltage (VDD) and clock frequency ( Fclk ) to changes in operating conditions (e.g., temperature).

본 발명에 따르면, 다음을 포함하는 새로운 전자 시스템 또한 제공된다 :According to the present invention, there is also provided a new electronic system comprising:

- 전자 기기의 동작과 관련된 타이밍 이벤트들에 응답하는 타이밍 이벤트 검출기가 구비된 전자 기기; 및An electronic device having a timing event detector responsive to timing events associated with operation of the electronic device; And

- 전자 기기에 공급되는 동작 전압을 제어하기 위한 본 발명에 따른 제어 시스템.A control system according to the invention for controlling the operating voltage supplied to the electronic equipment.

상기 전자 기기는 상기 전자 기기의 동작과 관련된 에러들을 교정(repairing)하기 위해 상기 전자 기기의 동작과 관련된 에러들에 응답하는 에러-교정 및/또는 에러 방지 로직을 더 포함할 수 있다.The electronic device may further include error-correcting and / or error prevention logic responsive to errors associated with the operation of the electronic device for repairing errors associated with operation of the electronic device.

본 발명에 따르면, 전자 기기의 동작과 관련된 타이밍 이벤트들에 응답하는 타이밍 이벤트 검출기가 구비된 전자 기기에 공급되는 동작 전압을 제어하기 위한 새로운 방법 또한 제공된다. 본 발명에 따른 방법은 다음을 포함한다 :According to the present invention, there is also provided a new method for controlling an operating voltage supplied to an electronic device provided with a timing event detector responsive to timing events associated with operation of the electronic device. The method according to the present invention comprises:

- 타이밍 이벤트들의 레이트를 결정하는 단계; 및Determining a rate of timing events; And

- 타이밍 이벤트들의 레이트가 실질적으로 타겟 레벨에 있는, 동작 전압의 최소값인 임계 전압을 찾기 위해, 타이밍 이벤트들의 레이트가 타겟 레벨 미만이면 동작 전압을 감소시키고, 그리고 타이밍 이벤트들의 레이트가 타겟 레벨을 초과할 때 동작 전압을 증가시키는 단계.Decreasing the operating voltage if the rate of timing events is below the target level to find a threshold voltage which is the minimum value of the operating voltage at which the rate of timing events is substantially at the target level and if the rate of timing events exceeds the target level Increasing the operating voltage.

본 발명에 따른 방법에서, 상기 전자 기기를 동작시키는 클록 신호의 펄스 레이트를 나타내는 상기 클록 주파수는 상기 동작 전압의 증가함수에 따르며, 이로써, 상기 동작 전압이 상기 임계 전압보다 클 때, 상기 타이밍 이벤트들의 레이트는 실질적으로 상기 타겟 레벨에 있으며, 그리고 상기 동작 전압이 상기 임계 전압 미만일 때 상기 타이밍 이벤트들의 레이트는 상기 타겟 레벨을 초과한다.In the method according to the invention, the clock frequency indicative of the pulse rate of the clock signal operating the electronic device is dependent on the increasing function of the operating voltage, whereby when the operating voltage is greater than the threshold voltage, The rate is substantially at the target level and the rate of the timing events exceeds the target level when the operating voltage is below the threshold voltage.

본 발명에 따르면, 전자 기기의 동작과 관련된 타이밍 이벤트들에 응답하는 타이밍 이벤트 검출기가 구비된 전자 기기에 공급되는 동작 전압을 제어하기 위한 새로운 컴퓨터 프로그램도 제공된다. 본 발명에 따른 컴퓨터 프로그램은 프로그램 가능한 프로세싱 시스템이 다음을 수행하도록 제어하기 위한 컴퓨터 실행 가능한 명령들을 포함한다.According to the present invention, there is also provided a new computer program for controlling an operating voltage supplied to an electronic device provided with a timing event detector responsive to timing events associated with operation of the electronic device. A computer program according to the present invention includes computer executable instructions for controlling a programmable processing system to:

- 타이밍 이벤트들의 레이트를 결정하는 동작;- determining the rate of timing events;

- 타이밍 이벤트들의 레이트가 실질적으로 타겟 레벨에 있는, 동작 전압의 최소값인 임계 전압을 찾기 위해, 타이밍 이벤트들의 레이트가 타겟 레벨 미만이면 동작 전압을 감소시키고, 그리고 타이밍 이벤트들의 레이트가 타겟 레벨을 초과할 때 동작 전압을 증가시키는 동작; 및Decreasing the operating voltage if the rate of timing events is below the target level to find a threshold voltage which is the minimum value of the operating voltage at which the rate of timing events is substantially at the target level and if the rate of timing events exceeds the target level Increasing the operating voltage; And

- 상기 전자 기기를 동작시키는 클록 신호를 생성하기 위해 제어 가능한 클록 신호 발생기를 제어하는 동작으로서, 상기 클록 주파수는 상기 동작 전압의 증가함수에 따르며, 이로써 상기 동작 전압이 상기 임계 전압보다 클 때 상기 타이밍 이벤트들의 레이트는 실질적으로 상기 타겟 레벨에 있으며, 그리고 상기 동작 전압이 상기 임계 전압 미만일 때 상기 타이밍 이벤트들의 레이트는 상기 타겟 레벨을 초과하는, 동작.- controlling a controllable clock signal generator to generate a clock signal for operating the electronic device, the clock frequency being in accordance with an increasing function of the operating voltage, whereby when the operating voltage is greater than the threshold voltage, Wherein the rate of events is substantially at the target level and the rate of timing events exceeds the target level when the operating voltage is below the threshold voltage.

본 발명에 따르면, 새로운 컴퓨터 프로그램 제품도 제공된다. 상기 컴퓨터 프로그램 제품은 본 발명에 따른 컴퓨터 프로그램으로 인코딩된 비-휘발성 컴퓨터 판독가능 매체(예를 들어, CD(compact disc))를 포함한다.According to the present invention, a new computer program product is also provided. The computer program product includes a non-volatile computer readable medium (e.g., a compact disc (CD)) encoded with a computer program according to the present invention.

본 발명에 따르면, 본 발명의 실시예에 따른 컴퓨터 프로그램을 정의하는 정보를 운반하는 새로운 신호도 제공된다. 상기 신호는 예를 들어 통신 네트워크로부터, 예를 들어 클라우드 서비스로부터 수신될 수 있다.According to the present invention, there is also provided a new signal carrying information defining a computer program according to an embodiment of the present invention. The signal may be received, for example, from a communications network, for example from a cloud service.

본 발명의 다수의 예시적이고 비 제한적인 실시예들은 첨부된 종속항들에 기술되어 있다.Numerous exemplary and non-limiting embodiments of the present invention are described in the appended dependent claims.

본 발명의 부가적인 목적들 및 이점들과 함께, 구성 및 작동 방법 모두에 대한 본 발명의 다양한 예시적이고 비 제한적인 실시예들은 특정 실시예들에 대한 다음의 설명들이 첨부된 도면과 관련하여 읽혀질 때 가장 잘 이해될 것이다. Various illustrative and non-limiting embodiments of the present invention, both as to organization and method of operation, together with additional objects and advantages of the present invention, will be readily apparent when the following description of specific embodiments is read in conjunction with the accompanying drawings, It will be best understood.

"포함하다(to comprise)" 및 "구비하다(to include)"라는 동사는 이 문서에서 인용되지 않은 특징들의 존재를 배제하는 것도 아니고 요구하는 것도 아닌 공개 제한 사항들(open limitations)로서 사용된다. The phrases "to comprise" and "to include" are used as open limitations, not excluding or requiring the presence of features not cited in this document.

첨부된 종속항들에서 인용된 특징들은 달리 명시되지 않는 한 자유롭게 상호 결합될 수 있다. 또한, 본 명세서 전반에 걸친 단수 형태의 사용은 다수를 배제하지 않는다는 것을 이해해야 한다.The features recited in the appended dependent claims may be freely mutually coupled unless otherwise specified. It should also be understood that the use of the singular forms throughout this specification does not exclude a plurality.

본 발명의 예시적이고 비 한정적인 실시예들 및 그것들의 이점들은 첨부된 도면을 참조하여 이하에서 보다 상세히 설명된다.
도 1은 전자 시스템의 동작 전압을 제어하기 위한 본 발명의 예시적이고 비 한정적인 실시예들에 따른 제어 시스템을 포함하는 전자 시스템의 기능적 블록도를 도시한다.
도 2는 도 1에 도시된 제어 시스템의 동작을 도시한다.
도 3은 전자 시스템의 동작 전압을 제어하기 위한 본 발명의 또 다른 예시적이고 비 제한적인 실시예에 따른 제어 시스템을 포함하는 전자 시스템의 기능 블록도를 도시한다.
도 4는 도 3에 도시된 제어 시스템의 동작을 도시한다.
도 5는 전자 기기의 동작 전압을 제어하기 위한 본 발명의 예시적이고 비 제한적인 실시예에 따른 방법의 흐름도를 도시한다.
도 6은 본 발명의 예시적이고 비 제한적인 실시예의 유용성을 입증하기 위한 예시적인 테스트 시스템의 일부의 구현을 도시한다.
BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS Exemplary and non-limiting embodiments of the invention and their advantages are described in more detail below with reference to the accompanying drawings.
Figure 1 shows a functional block diagram of an electronic system including a control system according to exemplary, non-limiting embodiments of the present invention for controlling the operating voltage of an electronic system.
Fig. 2 shows the operation of the control system shown in Fig.
Figure 3 shows a functional block diagram of an electronic system including a control system according to another exemplary, non-limiting embodiment of the present invention for controlling the operating voltage of an electronic system.
Fig. 4 shows the operation of the control system shown in Fig.
Figure 5 shows a flow diagram of a method according to an exemplary, non-limiting embodiment of the present invention for controlling the operating voltage of an electronic device.
Figure 6 illustrates an implementation of a portion of an exemplary test system to demonstrate the utility of an exemplary, non-limiting embodiment of the present invention.

이하의 설명에 제공된 특정 예들은 첨부된 청구항들의 범위 및/또는 적용 가능성을 제한하는 것으로 해석되어서는 안 된다. 이하의 설명에 제공된 예들의 그룹들 및 목록들은 명시적으로 명시하지 않는 한 완전히 포괄적인 것은 아니다. The specific examples provided in the following description should not be construed as limiting the scope and / or applicability of the appended claims. The groups and lists of examples provided in the following description are not exhaustive unless explicitly stated.

도 1은 본 발명의 예시적이고 비 제한적인 실시예에 따른 전자 시스템의 기능적 블록도를 도시한다. 전기 시스템은 예를 들어 디지털 프로세서 회로일 수 있는 전자 기기(103)를 포함한다. 전자 기기(103)는 전자 기기의 동작과 관련된 타이밍 이벤트들(예를 들어, 에러들)에 응답하는 타이밍 이벤트 검출기가 제공된다. 전자 기기(103)는 전자 기기의 동작과 관련된 타이밍 이벤트들에 대응하는 펄스들을 포함하는 타이밍 이벤트 신호(107)를 생성한다. 예를 들어, 타이밍 이벤트 신호(107) 내의 각각의 펄스는 예를 들어 전자 기기(103)의 동작에서의 하나의 에러에 대응할 수 있지만, 반드시 그러한 것은 아니다. 타이밍 이벤트 검출기에 더하여, 전자 기기(103)는 에러를 교정(repairing)하기 위해 에러에 응답하는 에러-교정 및/또는 에러 방지 로직을 더 포함할 수 있다. 전술한 종류의 타이밍 이벤트 검출기 및 에러-교정 및/또는 에러 방지 로직이 제공되는 예시적 전자 기기는 예를 들어 공개 공보 US 제20070288798호에서 찾을 수 있다.Figure 1 shows a functional block diagram of an electronic system according to an exemplary, non-limiting embodiment of the present invention. The electrical system includes an electronic device 103, which may be, for example, a digital processor circuit. The electronic device 103 is provided with a timing event detector responsive to timing events (e.g., errors) associated with the operation of the electronic device. The electronic device 103 generates a timing event signal 107 that includes pulses corresponding to timing events associated with the operation of the electronic device. For example, each pulse in the timing event signal 107 may, but need not, correspond to, for example, one error in the operation of the electronic device 103. In addition to the timing event detector, the electronic device 103 may further include error-correction and / or error prevention logic in response to an error to repair the error. Exemplary electronic devices provided with a timing event detector of the kind described above and error-correcting and / or error prevention logic can be found, for example, in published specification US 20070288798.

전자 시스템은 전자 기기(103)에 공급되는 동작 전압(VDD)을 제어하기 위한 제어 시스템(100)을 포함한다. 제어 시스템(100)은 전압 조정기(voltage regulator)(108)를 제어하기 위한 전압 제어 신호(104)를 생성하도록 구성된다. 전압 조정기(108)는 에너지원(109)의 전압을 전압 제어 신호(104)에 의존하는 값을 갖는 직류 "DC" 전압으로 변환하도록 구성된다. 전압 조정기(108)는 예를 들어 스위치형 모드 DC-DC 변환기 또는 AC-DC 변환기일 수 있다. 에너지원(109)은 예를 들어 배터리, 연료 전지, 대체 전압을 공급하는 전력망, 또는 에너지 수확원일 수 있다.The electronic system includes a control system (100) for controlling the operating voltage (VDD) supplied to the electronic device (103). The control system 100 is configured to generate a voltage control signal 104 for controlling a voltage regulator 108. [ The voltage regulator 108 is configured to convert the voltage of the energy source 109 to a DC "DC" voltage having a value that depends on the voltage control signal 104. [ The voltage regulator 108 may be, for example, a switched mode DC-DC converter or an AC-DC converter. The energy source 109 may be, for example, a battery, a fuel cell, a power grid supplying an alternating voltage, or an energy harvesting source.

제어 시스템(100)은 전자 기기(103)를 동작시키기 위한 클록 신호(106)를 생성하기 위한 제어 가능한 클록 신호 발생기(102)를 포함한다. 제어 시스템(100)은 전자 기기(103)의 동작과 관련된 타이밍 이벤트들(예를 들어, 에러들)의 레이트(rate)를 결정하기 위한 제어기(101)를 더 포함한다. 타이밍 이벤트들의 레이트는, 카운터들 중 하나가 클록 신호(106)의 펄스를 카운트하고, 카운트들의 다른 하나가 타이밍 이벤트 신호(107)의 펄스들을 카운트하도록, 예를 들어 두 개의 카운터들의 도움으로 결정될 수 있다. 타이밍 이벤트들의 레이트는, 예를 들어, 적절한 샘플 기간 동안 카운트된 타이밍 이벤트 신호(107)의 펄스들의 수와 클록 신호(106)의 펄스 수의 비율로서 정의될 수 있다. 제어기(101)는 타이밍 이벤트들의 레이트가 미리 결정된 타겟 레벨 이하이면, 동작 전압(VDD)을 감소시키도록 구성되며, 그리고 타이밍 이벤트들의 레이트가 타겟 레벨을 초과할 때, 동작 전압(VDD)을 증가시켜, 타이밍 이벤트들의 레이트가 실질적으로 타겟 레벨에 있는 동작 전압의 최소값인 임계 전압(Vth)을 탐색하도록 구성된다. 타겟 레벨은 예를 들어 0.1%일 수 있다. 즉, 타이밍 이벤트 신호(107)의 펄스 레이트는 클록 신호(106)의 펄스 레이트보다 1000 배 작다.The control system 100 includes a controllable clock signal generator 102 for generating a clock signal 106 for operating the electronic device 103. The control system 100 further includes a controller 101 for determining a rate of timing events (e.g., errors) associated with the operation of the electronic device 103. [ The rate of timing events can be determined, for example, with the aid of two counters, such that one of the counters counts the pulses of the clock signal 106 and the other of the counts counts the pulses of the timing event signal 107 have. The rate of timing events may be defined, for example, as the ratio of the number of pulses of the timing event signal 107 counted during the appropriate sample period to the number of pulses of the clock signal 106. [ The controller 101 is configured to decrease the operating voltage VDD if the rate of timing events is below a predetermined target level and when the rate of timing events exceeds the target level, , The rate of timing events is configured to search for a threshold voltage (Vth) which is the minimum value of the operating voltage substantially at the target level. The target level may be, for example, 0.1%. That is, the pulse rate of the timing event signal 107 is 1000 times smaller than the pulse rate of the clock signal 106.

제어 가능한 클록 신호 발생기(102)는 클록 신호(106)를 생성하도록 구성되며, 상기 클록 신호(106)의 펄스 레이트를 나타내는 클록 주파수(Fclk)는 동작 전압(VDD)의 증가하는 함수에 따르며, 타이밍 이벤트들의 레이트는 동작 전압이 임계 전압(Vth)보다 클 때 실질적으로 타겟 레벨에 있으며, 그리고 타이밍 이벤트들의 레이트는 동작 전압이 임계 전압 미만일 때 타겟 레벨을 초과한다.A controllable clock signal generator 102 is configured to generate a clock signal 106 wherein the clock frequency F clk indicative of the pulse rate of the clock signal 106 is dependent on an increasing function of the operating voltage VDD, The rate of timing events is substantially at the target level when the operating voltage is greater than the threshold voltage (Vth), and the rate of timing events exceeds the target level when the operating voltage is below the threshold voltage.

도 2는 검출된 타이밍 이벤트들이 전자 기기(103)의 동작과 관련된 에러들인 예시적인 경우를 도시한다. 따라서, 도 2에서, 검출된 타이밍 이벤트들의 레이트는 에러들의 레이트이다. 도 2에서, 동작 전압(VDD)의 함수로서의 에러 레이트는 곡선(221)으로 도시되고, 전술한 동작 전압(VDD)의 증가함수로서의 클록 주파수(Fclk)는 곡선(223)으로 도시된다. 곡선(223)에서, 클록 주파수(Fclk)는 동작 전압(VDD)이 임계 전압(Vth) 보다 충분히 클 때 실질적으로 다음의 방정식(1)에 따를 수 있다 :Figure 2 shows an exemplary case where detected timing events are errors related to the operation of the electronic device 103. [ Thus, in Figure 2, the rate of detected timing events is the rate of errors. In Figure 2, the error rate as a function of the operating voltage VDD is shown as curve 221 and the clock frequency Fclk as a function of the above-mentioned increase in operating voltage VDD is shown as curve 223. In curve 223, the clock frequency Fclk may be substantially in accordance with the following equation (1) when the operating voltage VDD is sufficiently greater than the threshold voltage Vth:

Figure pct00001
, (1)
Figure pct00001
, (One)

여기서, K는 지연-피팅(delay-fitting) 파라미터이며, Cg는 전자 기기의 트랜지스터 기술과 관련된 특성 인버터의 출력 커패시턴스이고, 그리고 αv는 1과 2 사이의 속도 포화 인덱스이다. 곡선(223)은 예를 들어 VDD의 적절한 다항식 함수로 근사될 수 있다.Where K is the delay-fitting parameter, Cg is the output capacitance of the characteristic inverter associated with the transistor technology of the electronic device, and [alpha] v is the velocity saturation index between 1 and 2. [ Curve 223 may be approximated, for example, by an appropriate polynomial function of VDD.

도 2에서 알 수 있는 바와 같이, 동작 전압(VDD)이 임계 전압(Vth)보다 크고 클록 주파수(Fclk)가 곡선(223)에 따를 때, 곡선(221)으로 도시된 에러 레이트는 실질적으로 타겟 레벨에 있다. 동작 전압(VDD)이 임계 전압(Vth) 이하로 감소되고 클록 주파수(Fclk)가 곡선(223)에 따를 때, 에러 레이트는 급격하게 증가한다. 도 2에서, 곡선(224)은 에러 레이트를 타겟 레벨로 유지하기 위해 동작 전압(VDD)이 임계 전압(Vth) 아래로 감소할 때 클록 주파수(Fclk)가 어떻게 감소되어야 하는지를 도시한다. 곡선(224)에서, 클록 주파수(Fclk)는 동작 전압(VDD)이 임계 전압(Vth) 미만이거나 동일할 때 실질적으로 다음의 방정식(2)에 따를 수 있다 : 2, when the operating voltage VDD is greater than the threshold voltage Vth and the clock frequency Fclk follows the curve 223, the error rate shown by curve 221 is substantially equal to the target It is in the level. When the operating voltage VDD decreases below the threshold voltage Vth and the clock frequency Fclk follows the curve 223, the error rate increases sharply. In Figure 2, a curve 224 shows how the clock frequency ( Fclk ) should be reduced when the operating voltage (VDD) drops below the threshold voltage (Vth) to keep the error rate at the target level. In curve 224 the clock frequency Fclk can be substantially in accordance with the following equation (2) when the operating voltage VDD is less than or equal to the threshold voltage Vth:

Figure pct00002
, (2)
Figure pct00002
, (2)

여기서, IO는 전자 기기의 트랜지스터 기술과 관련된 특성 인버터의 ON 전류이며, n은 서브-임계값 스윙 계수이며, UT는 열역학 전압이다. 상기 제시된 방정식들에 대한 보다 상세한 정보는 예를 들어 Wang A., Calhoun B., and Chandrakasan A, Sub-threshold Design for Ultra Low-Power Systems, Springer, 2005로부터 찾아볼 수 있다.Where I o is the ON current of the characteristic inverter associated with the transistor technology of the electronic device, n is the sub-threshold swing coefficient, and U T is the thermodynamic voltage. More detailed information on the above-mentioned equations can be found, for example, in Wang A., Calhoun B., and Chandrakasan A, Sub-threshold Design for Ultra Low-Power Systems, Springer,

도 2에서 볼 수 있는 바와 같이, 동작 전압(VDD)이 임계 전압(Vth)보다 클 때, 곡선들(223, 224)은 일치하고, 동작 전압(VDD)이 임계 전압(Vth) 아래일 때 곡선들(223, 224)은 서로 벗어난다. 도 2에 도시된 곡선(222)은 전자 기기(103)의 동작 당 평균 에너지 소비를 도시한다. 동작은 예를 들어 산술-논리 연산, 레지스터에 기록, 또는 레지스터로부터의 판독일 수 있다. 곡선(222)에 의해 도시된 바와 같이, 동작 전압(VDD)이 높을 때 또는 동작 전압(VDD)이 낮을 때, 동작 당 에너지가 높다. 전자 기기(103)의 내부 커패시턴스를 충전 및 방전하기 위한 전류가 동작 전압과 함께 증가하기 때문에 높은 동작 전압은 동작 당 높은 에너지 소비를 유발하는 반면, 낮은 동작 전압은 전자 기기(103)의 반도체 스위치들을 통한 누설 전류 때문에 동작 당 높은 에너지 소비를 야기한다.2, when the operating voltage VDD is greater than the threshold voltage Vth, the curves 223 and 224 coincide, and when the operating voltage VDD is below the threshold voltage Vth, 223 and 224 are apart from each other. The curve 222 shown in FIG. 2 shows the average energy consumption per operation of the electronic device 103. The operation may be, for example, an arithmetic-logic operation, writing to a register, or edition from a register. As shown by the curve 222, when the operating voltage VDD is high or when the operating voltage VDD is low, the energy per operation is high. A high operating voltage causes a high energy consumption per operation because the current for charging and discharging the internal capacitance of the electronic device 103 increases with the operating voltage while a low operating voltage causes the semiconductor switches of the electronic device 103 Resulting in high energy consumption per operation.

도 2에서 볼 수 있는 바와 같이, 동작 당 에너지의 최소값은 임계 전압(Vth) 부근에 위치한다. 많은 유형의 전자 기기들(예를 들어, CMOS 회로들)과 함께, 동작 당 에너지의 최소값은 임계 전압 근처에 위치하며, 동작 전압이 임계 전압 미만으로 감소하고 클록 주파수가 동작 전압의 아래로 볼록한 증가함수에 따를 때, 에러 레이트가 급격히 증가하기 시작한다는 것을 알게 되었다. "아래로 볼록한 함수"란 용어는 함수의 그래프가 그래프의 접선 위에 고려중인 각 지점에 있음을 의미한다. 따라서, 전자 기기(103)의 에너지 소비는 동작 전압(VDD)을 임계값 전압(Vth) 또는 그보다 약간(예를 들어, 1-10%) 위로 제어함으로써 최적화될 수 있다.As can be seen in FIG. 2, the minimum value of energy per operation is located near the threshold voltage Vth. In conjunction with many types of electronic devices (e.g., CMOS circuits), the minimum value of energy per operation is located near the threshold voltage, and when the operating voltage is reduced below the threshold voltage and the clock frequency is raised convexly below the operating voltage When you follow the function, you find that the error rate starts to increase sharply. The term "downward convex function" means that the graph of the function is at each point under consideration on the tangent of the graph. Thus, the energy consumption of the electronic device 103 can be optimized by controlling the operation voltage VDD to a threshold voltage Vth or slightly above (e.g., 1-10%).

본 발명의 예시적이고 비 제한적인 실시예에 따른 제어 시스템에서, 제어 가능한 클록 신호 발생기(102)는, 동작 전압(VDD)이 변할 때 클록 주파수(Fclk)가 원하는 방식으로 동작하도록, 즉 클록 주파수(Fclk)가 동작 전압(VDD)의 원하는 증가함수에 따르도록, 클록 신호(106)를 생성하도록 선택된 전기 컴포넌트들로 구성된다. 제어 가능한 클록 신호 발생기(102)는 예를 들어 동작 전압(VDD)의 원하는 증가함수에 따라 동작 전압(VDD)에 응답하는 전압 제어 발진기(voltage-controlled-oscillator; VCO)를 포함할 수 있다.In a control system according to an exemplary, non-limiting embodiment of the present invention, a controllable clock signal generator 102 is programmed such that the clock frequency Fclk operates in a desired manner when the operating voltage VDD changes, Is configured to generate the clock signal (106) such that the clock signal (F clk ) follows a desired increasing function of the operating voltage (VDD). The controllable clock signal generator 102 may include a voltage-controlled-oscillator (VCO) responsive to the operating voltage VDD, for example, according to a desired increasing function of the operating voltage VDD.

그러나, 몇몇 경우에, 동작 전압(VDD)이 변화할 때 클록 주파수(Fclk)가 원하는 방식으로 동작하도록 클록 신호(106)를 생성하도록 제어 가능한 클록 신호 발생기(102)를 튜닝(tuning)할 필요가 있을 수 있다. 본 발명의 예시적이고 비 제한적인 실시예에 따른 제어 시스템에서, 제어기(101)는 임계 전압(Vth)을 탐색하기 전에, 동작 전압(VDD)이 임계 전압(Vth) 보다 큰 초기 값(V_ini)을 갖도록 설정하도록 구성되며, 그리고 타이밍 이벤트들(예를 들어, 에러들)의 레이트가 타겟 레벨 미만일 때 클록 주파수(Fclk)를 증가시키도록 상기 제어 가능한 클록 신호 발생기(102)를 제어하도록 구성되며, 그리고 동작 전압(VDD)의 초기 값(V_ini)에 대응하는 클록 주파수(Fclk)의 초기값(F_ini)을 찾기 위해 타이밍 이벤트들의 레이트가 타겟 레벨을 초과할 때 클록 주파수(Fclk)를 감소시키도록 구성된다. 제어기(101)는 초기값들(V_ini 및 F_ini)에 기초하여 제어 가능한 클록 신호 생성기(102)가 원하는 방식으로, 즉 곡선(223)으로 도시된 증가함수에 따라 동작하도록 제어 가능한 클록 신호 발생기(102)를 튜닝하도록 구성된다. 도 1에서, 제어 가능한 클록 신호 발생기(102)의 튜닝은 파선 화살표(110)로 도시된다. 튜닝은 예를 들어 VDD = V_ini일 때 Fclk = F_ini이도록 VCO의 입력 바이어스 전압을 설정하는 것일 수 있다. In some cases, however, it may be necessary to tune the clock signal generator 102, which is controllable to generate the clock signal 106 so that the clock frequency Fclk will operate in a desired manner when the operating voltage VDD changes . In the control system according to the exemplary and non-limiting embodiment of the present invention, the controller 101 sets an initial value V_ini that is greater than the threshold voltage Vth before the threshold voltage Vth is searched It s so as to have further configured to set, and the timing event (e.g., errors) in consists rate is to control the target level lower than when the clock frequency (F clk) the controllable clock signal generator 102 to increase, and reducing the clock frequency (F clk) when the rate of the initial value of the timing event to find (F_ini) of the clock frequency (F clk) corresponding to the initial value (V_ini) of the operating voltage (VDD) exceeds the target level . The controller 101 controls the clock signal generator 102, which is controllable to operate in accordance with the increasing function shown in curve 223, in a manner that the controllable clock signal generator 102 is based on the initial values (V_ini and F_ini) . In Figure 1, the tuning of the controllable clock signal generator 102 is shown by the dashed arrow 110. The tuning may be to set the input bias voltage of the VCO to be, for example, F clk = F_ini when VDD = V_ini.

도 3은 본 발명의 예시적이고 비 제한적인 실시예에 따른 전자 시스템의 기능 블록도를 도시한다. 전기 시스템은 전자 기기의 동작과 관련된 타이밍 이벤트들(예를 들어, 에러들)에 응답하는 타이밍 이벤트 검출기가 제공된 전자 기기(303)를 포함한다. 전자 기기(303)는 전자 기기의 동작과 관련된 타이밍 이벤트들에 대응하는 펄스들을 포함하는 타이밍 이벤트 신호(307)를 생성한다. 타이밍 이벤트 검출기에 추가하여, 전자 기기(303)는 전자 기기의 동작과 관련된 에러들을 교정하기 위해 에러들에 응답하는 에러-복구 및/또는 에러 방지 로직을 더 포함할 수 있다. 전자 시스템은 전자 기기(303)에 공급되는 동작 전압(VDD)을 제어하기 위한 제어 시스템(300)을 포함한다. 제어 시스템(300)은 전압 조정기(308)를 제어하기 위한 전압 제어 신호(304)를 생성하도록 구성된다.Figure 3 shows a functional block diagram of an electronic system according to an exemplary, non-limiting embodiment of the present invention. The electrical system includes an electronic device 303 provided with a timing event detector responsive to timing events (e.g., errors) associated with the operation of the electronic device. The electronic device 303 generates a timing event signal 307 that includes pulses corresponding to timing events associated with the operation of the electronic device. In addition to the timing event detector, the electronic device 303 may further include error-recovery and / or error prevention logic in response to errors to correct errors associated with operation of the electronic device. The electronic system includes a control system (300) for controlling the operating voltage (VDD) supplied to the electronic device (303). The control system 300 is configured to generate a voltage control signal 304 for controlling the voltage regulator 308.

제어 시스템(300)은 전자 기기(303)를 동작시키도록 클록 신호(306)를 생성하기 위해 제어 가능한 클록 신호 발생기(302)를 포함한다. 제어 시스템(300)은 전자 기기(303)의 동작과 관련된 타이밍 이벤트들(예를 들어, 에러들)의 레이트를 결정하기 위해 제어기(301)를 더 포함한다. 제어기(301)는 타이밍 이벤트들의 레이트가 타겟 레벨 미만이면 동작 전압(VDD)을 감소시키도록 구성되며, 그리고 타이밍 이벤트들의 레이트가 타겟 레벨을 초과할 때 동작 전압(VDD)을 증가시키도록 구성되어, 타이밍 이벤트들의 레이트가 실질적으로 타겟 레벨에 있는 동작 전압(VDD)의 최소값인 임계 전압(Vth)을 찾는다. The control system 300 includes a controllable clock signal generator 302 for generating a clock signal 306 to operate the electronic device 303. [ The control system 300 further includes a controller 301 for determining the rate of timing events (e.g., errors) associated with the operation of the electronic device 303. [ The controller 301 is configured to decrease the operating voltage VDD if the rate of timing events is below a target level and to increase the operating voltage VDD when the rate of timing events exceeds a target level, And finds a threshold voltage Vth whose rate of timing events is the minimum value of the operating voltage VDD at the target level.

제어기(301)는 클록 신호 발생기(302)를 제어하기 위해 주파수 제어(305) 신호를 생성하도록 구성된다. 클록 신호 발생기(302)는 클록 주파수(Fclk)가 동작 전압(VDD)의 증가함수에 따르도록 클록 신호(306)를 생성하도록 제어되며, 이로써 타이밍 이벤트들의 레이트는 동작 전압이 임계 전압(Vth)보다 클 때 실질적으로 타겟 레벨에 있으며, 그리고 동작 전압이 임계 전압 미만일 때 타이밍 이벤트들의 레이트는 타겟 레벨을 초과한다.The controller 301 is configured to generate a frequency control 305 signal to control the clock signal generator 302. The clock signal generator 302 is controlled to generate a clock signal 306 such that the clock frequency Fclk follows an increasing function of the operating voltage VDD so that the rate of timing events is such that the operating voltage is equal to the threshold voltage Vth, The rate of timing events exceeds the target level when the operating voltage is below the threshold voltage.

도 4는 검출된 타이밍 이벤트들이 전자 기기(303)의 동작과 관련된 에러들인 예시적인 경우를 도시한다. 따라서, 도 4에서, 검출된 타이밍 이벤트들의 레이트는 에러들의 레이트이다. 도 4에서, 동작 전압(VDD)의 함수로서 에러들의 레이트는 곡선(421)으로 도시되며, 클록 주파수(Fclk)는 곡선(423)으로 도시된다. 곡선(423)에서, 클록 주파수(Fclk)는 동작 전압(VDD)이 임계 전압(Vth) 보다 충분히 클 때 실질적으로 상기에 제시된 방정식(1)에 따를 수 있다. 곡선(423)은 예를 들어 VDD의 적절한 다항식 함수로 근사화될 수 있다.Figure 4 shows an exemplary case where detected timing events are errors related to the operation of the electronic device 303. [ Thus, in Figure 4, the rate of detected timing events is the rate of errors. In Figure 4, the rate of errors as a function of the operating voltage VDD is shown by curve 421 and the clock frequency F clk is shown by curve 423. In curve 423, the clock frequency Fclk may be substantially in accordance with equation (1) presented above when the operating voltage VDD is sufficiently greater than the threshold voltage Vth. Curve 423 may be approximated, for example, by an appropriate polynomial function of VDD.

도 4에서 볼 수 있는 바와 같이, 곡선(421)으로 도시된 에러들의 레이트는 동작 전압(VDD)이 임계 전압(Vth)보다 크고 클록 주파수(Fclk)가 곡선(423)에 따를 때, 실질적으로 타겟 레벨에 있다. 에러 레이트는 동작 전압(VDD)이 임계 전압(Vth) 아래로 감소되고 클록 주파수(Fclk)가 곡선(423)에 따를 때, 급격하게 증가한다. 도 4에서, 곡선(424)은 타겟 레벨에서 에러 레이트를 유지하기 위해 동작 전압(VDD)이 임계 전압(Vth) 아래로 감소할 때 클록 주파수(Fclk)가 어떻게 감소되어야 하는지를 도시한다. 곡선(424)에서, 클록 주파수(Fclk)는 동작 전압(VDD)이 임계 전압(Vth) 보다 크지 않을 때 실질적으로 상기에 제시된 방정식(2)에 따를 수 있다. 도 4에 도시된 곡선(422)은 전자 기기(303)의 동작 당 평균 에너지 소비를 도시한다. 도 4에 도시된 바에 따르면, 전자 기기(303)의 에너지 소비는 동작 전압(VDD)을 임계 전압(Vth)으로 또는 임계 전압(Vth) 보다 약간 높게(1-10%) 제어함으로써 최적화될 수 있다.4, the rate of errors illustrated by curve 421 is such that when the operating voltage VDD is greater than the threshold voltage Vth and the clock frequency Fclk follows the curve 423, It is at the target level. The error rate increases sharply as the operating voltage VDD decreases below the threshold voltage Vth and the clock frequency Fclk follows the curve 423. In Figure 4, curve 424 shows how the clock frequency Fclk should be reduced when the operating voltage VDD decreases below the threshold voltage Vth to maintain the error rate at the target level. In curve 424, the clock frequency Fclk may be substantially in accordance with equation (2) presented above when the operating voltage VDD is not greater than the threshold voltage Vth. Curve 422 shown in Fig. 4 shows the average energy consumption per operation of the electronic device 303. Fig. 4, the energy consumption of the electronic device 303 can be optimized by controlling the operation voltage VDD to the threshold voltage Vth or slightly higher than the threshold voltage Vth (1-10%) .

도 3에 도시된 예시적 제어 시스템(300)에서, 제어기(301)는, 임계 전압(Vth)을 찾기 전에, 동작 전압(VDD)이 임계 전압(Vth) 보다 큰 피팅 전압 값들(V_ft1, V_ft2 및 V_ft3) 각각을 갖도록 동작 전압(VDD)을 설정하도록 구성된다. 제어기(301)는, 동작 전압이 피팅 전압 값들 각각을 가질 때, 에러 레이트가 타겟 레벳 미만일 때 상기 클록 신호 발생기(302)가 클록 주파수를 증가시키고 에러 레이트가 타겟 레벨을 초과할 때 클록 주파수를 감소시키도록 제어하도록 구성되어, 도 4에 도시된 피팅 전압 값들(V_ft1, V_ft2 및 V_ft3)에 대응하는 피팅 주파수 값들(F_ft1, F_ft2 및 F_ft3)을 찾는다. 제어기(301)는 클록 주파수가 동작 전압(VDD)의 증가함수에 따르도록 설정하기 위해, 피팅 전압 및 피팅 주파수 값들에 기초하여, 클록 주파수의 제어와 관련된 하나 이상의 세팅 파라미터들을 결정하도록 구성될 수 있으며, 이로써 에러 레이트는 곡선(421)에 따른다. 제어기(301)는 예를 들어 동작 전압(VDD)이 변화할 때 클록 주파수가 원하는 방식으로 변하도록 상술된 세팅 파라미터들의 도움으로 클록 신호 발생기(302)를 제어하도록 구성된 디지털 신호 프로세서(DSP)를 포함할 수 있다.In the exemplary control system 300 shown in FIG. 3, the controller 301 determines the fitting voltage values V_ft1, V_ft2, and V_ft2, in which the operating voltage VDD is greater than the threshold voltage Vth before finding the threshold voltage Vth. And V_ft3, respectively. Controller 301 increases the clock frequency when the error rate is less than the target value when the operating voltage has each of the fitting voltage values and decreases the clock frequency when the error rate exceeds the target level (F_ft1, F_ft2, and F_ft3) corresponding to the fitting voltage values (V_ft1, V_ft2, and V_ft3) shown in FIG. The controller 301 may be configured to determine one or more setting parameters associated with control of the clock frequency based on the fitting voltage and fitting frequency values to set the clock frequency to follow an increasing function of the operating voltage VDD , Whereby the error rate follows curve 421. The controller 301 includes a digital signal processor (DSP) configured to control the clock signal generator 302 with the help of the above-described setting parameters such that the clock frequency changes in a desired manner, for example when the operating voltage VDD changes can do.

도 5는 전자 기기의 동작과 관련된 타이밍 이벤트들에 응답하는 타이밍 이벤트 검출기가 구비된 전자 기기에 공급되는 동작 전압(VDD)을 제어하기 위한 본 발명의 예시적이고 비 제한적인 실시예에 따른 방법의 흐름도를 도시한다. 상기 방법은 다음을 포함한다 :Figure 5 is a flow diagram of a method according to an exemplary, non-limiting embodiment of the present invention for controlling an operating voltage (VDD) supplied to an electronic device having a timing event detector responsive to timing events associated with operation of the electronic device / RTI > The method includes:

- 액션 501 : 타이밍 이벤트들의 레이트를 결정하는 것, 그리고- action 501: determining the rate of timing events, and

- 액션 502 및 503 : 타이밍 이벤트들의 레이트가 타겟 레벨 미만이면 동작 전압(VDD)을 감소시키고, 그리고 타이밍 이벤트들의 레이트가 타겟 레벨을 초과할 때 동작 전압을 증가시켜서, 타이밍 이벤트들의 레이트가 실질적으로 타겟 레벨에 있는, 동작 전압의 최소값인 임계 전압(Vth)을 찾는 것.Actions 502 and 503: decreasing the operating voltage (VDD) if the rate of timing events is below the target level, and increasing the operating voltage when the rate of timing events exceeds the target level, Find the threshold voltage (Vth), which is the minimum value of the operating voltage at the level.

도 5에 도시된 방법에서, 전자 기기를 동작시키는 클록 신호의 펄스 레이트를 나타내는 클록 주파수(Fclk)는, 상기 동작 전압이 상기 임계 전압보다 클 때 상기 타이밍 이벤트들의 레이트가 실질적으로 상기 타겟 레벨에 있고 그리고 상기 동작 전압이 상기 임계 전압 미만일 때 상기 타이밍 이벤트들의 레이트가 상기 타겟 레벨을 초과하도록, 상기 동작 전압의 증가함수(F(VDD))에 따른다.In the method shown in Figure 5, the clock frequency ( Fclk ), which indicates the pulse rate of the clock signal operating the electronic device, is such that the rate of the timing events when the operating voltage is above the threshold voltage is substantially equal to the target level (VDD) of the operating voltage so that the rate of the timing events exceeds the target level when the operating voltage is below the threshold voltage.

본 발명의 예시적이고 비 제한적인 실시예에 따른 방법에서, 클록 신호는 상기 동작 전압의 증가함수에 따라 상기 동작 전압에 응답하는 전압 제어 발진기를 포함하는 제어 가능한 클록 신호 발생기를 이용하여 생성된다.In a method according to an exemplary, non-limiting embodiment of the present invention, a clock signal is generated using a controllable clock signal generator comprising a voltage controlled oscillator responsive to the operating voltage in accordance with an increasing function of the operating voltage.

본 발명의 예시적이고 비 제한적인 실시예에 따른 방법은 상기 동작 전압을 생성하기 위해 전압 조정기를 제어하기 위한 전압 제어 신호 및 상기 동작 전압의 증가함수에 따라 상기 클록 주파수를 생성하기 위해 제어 가능한 클록 신호 발생기를 제어하기 위한 주파수 제어 신호를 생성하는 단계를 포함한다.A method according to an exemplary, non-limiting embodiment of the present invention includes generating a voltage control signal for controlling the voltage regulator to generate the operating voltage and a controllable clock signal for generating the clock frequency in accordance with an increasing function of the operating voltage. And generating a frequency control signal for controlling the generator.

본 발명의 예시적이고 비 제한적인 실시예에 따른 방법은 다음을 포함한다 :A method according to an exemplary, non-limiting embodiment of the present invention includes:

- 상기 임계 전압을 찾기 전에, 상기 동작 전압이 상기 임계 전압보다 큰 초기 값을 갖도록 설정하는 단계;- setting the operating voltage to have an initial value greater than the threshold voltage, before finding the threshold voltage;

- 상기 동작 전압의 초기 값에 대응하는 클록 주파수의 초기 값을 찾기 위해, 상기 타이밍 이벤트들의 레이트가 상기 타겟 레벨 미만일 때 상기 클록 주파수를 증가시키고 그리고 상기 타이밍 이벤트들의 레이트가 상기 타겟 레벨을 초과할 때 상기 클록 주파수를 감소시키는 단계; 및Increasing the clock frequency when the rate of the timing events is below the target level, and when the rate of the timing events exceeds the target level to find an initial value of the clock frequency corresponding to an initial value of the operating voltage Decreasing the clock frequency; And

- 상기 동작 전압 및 상기 클록 주파수의 초기 값들에 기초하여, 상기 동작 전압의 증가함수에 따라 동작하도록 제어 가능한 클록 신호 발생기를 튜닝하는 단계.- tuning a clock signal generator controllable to operate in accordance with an increasing function of the operating voltage, based on the operating voltage and the initial values of the clock frequency.

본 발명의 예시적이고 비 제한적인 실시예에 따른 방법은 다음을 포함한다 :A method according to an exemplary, non-limiting embodiment of the present invention includes:

- 상기 임계 전압을 찾기 전에, 상기 임계 전압보다 큰 각각의 피팅 전압 값을 연속적으로 갖도록 상기 동작 전압을 설정하는 단계; - setting the operating voltage to have successively each fitting voltage value greater than the threshold voltage, before finding the threshold voltage;

- 상기 동작 전압이 각각의 피팅 전압 값을 가질 때, 상기 피팅 전압 값들에 대응하는 피팅 주파수 값들을 찾기 위해, 상기 타이밍 이벤트들의 레이트가 상기 타겟 레벨 미만일 때 상기 클록 주파수를 증가시키며 상기 타이밍 이벤트들의 레이트가 상기 타겟 레벨을 초과할 때 상기 클록 주파수를 감소시키는 단계; 및Increasing the clock frequency when the rate of the timing events is less than the target level and comparing the rate of the timing events when the operating voltage has a respective fitting voltage value, Decreasing the clock frequency when the target frequency exceeds the target level; And

- 상기 피팅 전압 값들 및 상기 피팅 주파수 값들에 기초하여, 상기 클록 주파수의 제어와 관련된 하나 이상의 세팅 파라미터들을 결정하여, 상기 동작 전압의 증가함수에 따르도록 상기 클록 주파수를 설정하는 단계.- determining one or more setting parameters relating to the control of the clock frequency, based on the fitting voltage values and the fitting frequency values, and setting the clock frequency to follow an increasing function of the operating voltage.

본 발명의 예시적이고 비 제한적인 실시예에 따른 방법에서, 상기 동작 전압의 증가함수는 상기 동작 전압의 아래로 볼록한 증가함수이다. 예를 들어, 상기 동작 전압의 증가함수는 상기 동작 전압(VDD)이 상기 임계 전압(Vth)보다 충분히 클 때 실질적으로 다음의 방정식에 따를 수 있다 :In a method according to an exemplary, non-limiting embodiment of the present invention, the increasing function of the operating voltage is a convex increasing function below the operating voltage. For example, the increase function of the operating voltage may substantially follow the following equation when the operating voltage VDD is sufficiently greater than the threshold voltage Vth:

Figure pct00003
Figure pct00003

여기서, Fclk는 클록 주파수이며, K는 지연-피팅(delay-fitting) 파라미터이며, Cg는 전자 기기의 트랜지스터 기술과 관련된 특성 인버터의 출력 커패시턴스이고, Vth는 임계 전압이고, 그리고 αv는 1과 2 사이의 속도 포화 인덱스이다. Here, F clk is a clock frequency, K is the delay-and fittings (delay-fitting) is a parameter, C g is the output capacitance of the characteristic inverter associated with transistor technology of the electronic device, Vth is a threshold voltage, and αv 1 2 < / RTI >

본 발명의 예시적이고 비 제한적인 실시예에 따른 방법에서, 타이밍 이벤트들의 레이트의 결정은 다음을 포함한다 :In a method according to an exemplary, non-limiting embodiment of the present invention, the determination of the rate of timing events includes:

- 상기 전자 기기의 동작과 관련된 타이밍 이벤트들에 대응하는 펄스들을 포함하는 타이밍 이벤트 신호를 수신하는 것;Receiving a timing event signal comprising pulses corresponding to timing events associated with operation of the electronic device;

- 상기 클록 신호를 수신하는 것; 및- receiving said clock signal; And

- 샘플 기간(period) 동안 발생하는 상기 타이밍 이벤트 신호의 펄스들의 양 및 동일한 샘플 기간 동안 발생하는 상기 클록 신호의 펄스들의 양에 기초하여 타이밍 이벤트들의 레이트를 계산하는 것.Calculating the rate of timing events based on the amount of pulses of the timing event signal occurring during the sample period and the amount of pulses of the clock signal occurring during the same sample period.

본 발명의 예시적이고 비 제한적인 실시예에 따른 컴퓨터 프로그램은 본 발명의 상술된 예시적 실시예들 중 임의의 것에 따른 방법과 관련된 동작들을 수행하도록 프로그램 가능한 프로세싱 시스템을 제어하기 위한 컴퓨터 실행 가능한 명령들을 포함한다.A computer program according to an exemplary, non-limiting embodiment of the present invention includes computer executable instructions for controlling a programmable processing system to perform operations related to a method according to any of the above described exemplary embodiments of the present invention .

본 발명의 예시적이고 비 제한적인 실시예에 따른 컴퓨터 프로그램은 전자 기기의 동작과 관련된 타이밍 이벤트들에 응답하는 타이밍 이벤트 검출기가 구비된 전자 기기에 공급되는 동작 전압을 제어하기 위한 소프트웨어 모듈들을 포함한다. 소프트웨어 모듈들은 프로그램 가능한 프로세싱 시스템이 :A computer program according to an exemplary, non-limiting embodiment of the present invention includes software modules for controlling an operating voltage supplied to an electronic device having a timing event detector responsive to timing events associated with operation of the electronic device. Software modules are programmable processing systems that:

- 타이밍 이벤트들의 레이트를 결정하는 동작; - determining the rate of timing events;

- 타이밍 이벤트들의 레이트가 실질적으로 타겟 레벨에 있는, 동작 전압의 최소값인 임계 전압을 찾기 위해, 타이밍 이벤트들의 레이트가 타겟 레벨 미만이면 동작 전압을 감소시키고, 그리고 타이밍 이벤트들의 레이트가 타겟 레벨을 초과할 때 동작 전압을 증가시키는 동작; 및 Decreasing the operating voltage if the rate of timing events is below the target level to find a threshold voltage which is the minimum value of the operating voltage at which the rate of timing events is substantially at the target level and if the rate of timing events exceeds the target level Increasing the operating voltage; And

- 상기 전자 기기를 동작시키는 클록 신호를 생성하기 위해 제어 가능한 클록 신호 발생기를 제어하여, 클록 신호의 펄스 레이트를 나타내는 클록 주파수가 상기 동작 전압의 증가함수에 따르게 하고, 상기 동작 전압이 상기 임계 전압보다 클 때, 상기 타이밍 이벤트들의 레이트가 실질적으로 상기 타겟 레벨에 있게 하고, 그리고 상기 동작 전압이 상기 임계 전압 미만일 때 상기 타이밍 이벤트들의 레이트가 상기 타겟 레벨을 초과하게 하는 동작을 수행하도록 제어하기 위한 컴퓨터 실행 가능한 명령들을 포함한다. Controlling a controllable clock signal generator to generate a clock signal for operating the electronic device such that a clock frequency indicative of a pulse rate of the clock signal is in accordance with an increasing function of the operating voltage, A computer execution for controlling the computer to perform the operation of causing the rate of the timing events to be substantially at the target level and the rate of the timing events to exceed the target level when the operating voltage is below the threshold voltage Possible commands include.

상술된 소프트웨어 모듈들은 예를 들어 적절한 프로그래밍 언어로 그리고 고려되는 프로그래밍 언어 및 프로그램 가능한 프로세싱 시스템에 적합한 컴파일러로 구현되는 서브루틴들 또는 함수들(functions)일 수 있다. 또한, 적절한 프로그래밍 언어에 대응하는 소스 코드가 컴퓨터 실행 가능 소프트웨어 모듈들을 나타내는 것은 주목할 만하다. 왜냐하면, 소스 코드는 상기 제시된 동작들을 수행하기 위해 프로그램 가능한 프로세싱 시스템을 제어하는데 필요한 정보를 포함하고, 컴파일링은 오직 정보의 포맷만을 변경하기 때문이다. 또한, 프로그램 가능한 프로세싱 시스템에 인터프리터가 제공되어, 적절한 프로그래밍 언어로 구현된 소스 코드가 실행 전에 컴파일될 필요가 없게 하는 것도 가능하다.The software modules described above may be, for example, subroutines or functions implemented in a suitable programming language and in a compiler suitable for the programming language and programmable processing system considered. It is also noteworthy that the source code corresponding to a suitable programming language represents computer executable software modules. This is because the source code contains the information necessary to control the programmable processing system to perform the presented operations, and compiling only changes the format of the information. It is also possible to provide an interpreter in the programmable processing system so that the source code implemented in a suitable programming language does not need to be compiled before execution.

본 발명의 예시적이고 비 제한적인 실시예에 따른 컴퓨터 프로그램 제품은 본 발명의 일 실시예에 따른 컴퓨터 프로그램으로 인코딩된 컴퓨터 판독 가능 매체(예를 들어, CD(compact disc))를 포함한다.A computer program product in accordance with an exemplary, non-limiting embodiment of the present invention includes a computer readable medium (e.g., a compact disc (CD)) encoded with a computer program in accordance with an embodiment of the present invention.

본 발명의 예시적이고 비 제한적인 실시예에 따른 신호는 본 발명의 일 실시예에 따른 컴퓨터 프로그램을 정의하는 정보를 운반하도록 인코딩된다.A signal according to an exemplary, non-limiting embodiment of the present invention is encoded to carry information defining a computer program in accordance with an embodiment of the present invention.

예제 사례(example case) : Example case :

동작 전압을 제어하기 위한 상술한 방법은 도 1에 도시된 전자 시스템과 유사한 테스트 시스템으로 확인되었다. 테스트 시스템에서, 전자 기기(103)는 CMOS 기술에 기초하고 타이밍 이벤트 검출기를 구비한 32 비트 마이크로프로세서이다. 테스트 시스템의 제어기(101)의 구현은 도 6에 도시되어 있으며, 여기서 "clk sgn"은 클록 신호(106)이며, "err sgn"은 타이밍 이벤트 신호(107)이다. (예를 들어, 에러들 같은) 타이밍 이벤트들의 레이트의 증가가 관찰될 때까지 클럭 주파수가 동작 전압의 함수로서 실질적으로 2차식으로 감소되도록, 동작 전압(VDD) 그리고 그에 대응하는 클록 주파수(Fclk)가 감소되었다. 타이밍 이벤트들의 레이트가 증가하는 지점은 대략 임계 전압(Vth)이며, 임계 전압(Vth) 보다 약간 위에서, 에너지 소비가 최적화된다.The above-described method for controlling the operating voltage has been confirmed as a test system similar to the electronic system shown in Fig. In the test system, the electronic device 103 is a 32-bit microprocessor based on CMOS technology and equipped with a timing event detector. The implementation of the controller 101 of the test system is shown in FIG. 6, where "clk sgn" is the clock signal 106 and "err sgn" is the timing event signal 107. (VDD) and its corresponding clock frequency ( Fclk ) so that the clock frequency is substantially quadratically reduced as a function of the operating voltage until an increase in the rate of timing events (e.g., errors) ) Was decreased. The point at which the rate of the timing events increases is approximately the threshold voltage Vth, and the energy consumption is optimized slightly above the threshold voltage Vth.

두 가지 테스트들이 수행되었다. 이러한 테스트들에서, 검출된 타이밍 이벤트들은 전자 기기의 동작과 관련된 에러들이다. 제1 테스트에서, BB(body bias) 전압은 제2 테스트에서보다 낮았다. 제1 테스트의 측정 결과는 아래 표 1에 도시된다.Two tests were performed. In these tests, the detected timing events are errors related to the operation of the electronic device. In the first test, the BB (body bias) voltage was lower than in the second test. The measurement results of the first test are shown in Table 1 below.

FF cklckl / MHz / MHz VDDVDD / Volts / Volts 샘플 기간 내의 에러들의 수Number of errors in the sample period 25.025.0 0.400.40 00 21.621.6 0.390.39 00 18.718.7 0.380.38 00 16.116.1 0.370.37 00 13.813.8 0.360.36 00 11.911.9 0.350.35 10001000 10.210.2 0.340.34 > 1000> 1000

제1 테스트에서, 임계 전압(Vth)은 약 0.35V이다.In the first test, the threshold voltage (Vth) is about 0.35V.

제2 테스트의 측정 결과는 아래 표 2에 도시된다.The measurement results of the second test are shown in Table 2 below.

FF cklckl / MHz / MHz VDDVDD / Volts / Volts 샘플 기간 내의 에러들의 수Number of errors in the sample period 11.311.3 0.400.40 00 9.859.85 0.390.39 00 8.518.51 0.380.38 1One 7.347.34 0.370.37 counter overflowcounter overflow

제2 테스트에서, 임계 전압(Vth)은 약 0.38V이다.In the second test, the threshold voltage Vth is about 0.38V.

전술한 설명에서 제공된 특정 예들은 첨부된 청구항의 청구 범위 및/또는 적용 가능성을 제한하는 것으로 해석되어서는 안 된다. 전술한 설명에서 제공된 목록들 및 예제 그룹들은 달리 명시되지 않는 한 모든 것을 망라하지 않는다.The specific examples provided in the foregoing description should not be construed as limiting the scope of the appended claims and / or their applicability. The lists and example groups provided in the foregoing description do not cover everything unless otherwise specified.

Claims (20)

전자 기기의 동작과 관련된 타이밍 이벤트들에 응답하는 타이밍 이벤트 검출기가 구비된 전자 기기에 공급되는 동작 전압을 제어하기 위한 제어 시스템(100, 300)으로서,
상기 제어 시스템은 :
- 타이밍 이벤트들의 레이트를 결정하고, 타이밍 이벤트들의 레이트가 실질적으로 타겟 레벨에 있는, 동작 전압의 최소값인 임계 전압을 찾기 위해, 타이밍 이벤트들의 레이트가 타겟 레벨 미만이면 동작 전압을 감소시키고, 그리고 타이밍 이벤트들의 레이트가 타겟 레벨을 초과할 때 동작 전압을 증가시키는 제어기(101, 301); 및
- 상기 전자 기기를 동작시키기 위한 클록 신호를 생성하기 위한 제어 가능한 클록 신호 발생기(102, 302)를 포함하며,
상기 클록 신호의 펄스 레이트를 나타내는 상기 클록 주파수는 상기 동작 전압의 증가함수에 따르며,
상기 동작 전압이 상기 임계 전압보다 크고 상기 클록 주파수가 상기 동작 전압의 증가함수에 따를 때 상기 타이밍 이벤트들의 레이트는 실질적으로 상기 타겟 레벨에 있으며, 그리고 상기 동작 전압이 상기 임계 전압 미만이고 상기 클록 주파수가 상기 동작 전압의 증가함수에 따를 때 상기 타이밍 이벤트들의 레이트는 상기 타겟 레벨을 초과하는 것을 특징으로 하는, 제어 시스템.
A control system (100, 300) for controlling an operating voltage supplied to an electronic device provided with a timing event detector responsive to timing events associated with operation of an electronic device,
The control system comprising:
Decreasing the operating voltage if the rate of timing events is less than the target level, to determine the rate of timing events and to find a threshold voltage which is the minimum value of the operating voltage at which the rate of timing events is substantially at the target level, A controller (101, 301) for increasing the operating voltage when the rate of the rate exceeds a target level; And
- a controllable clock signal generator (102, 302) for generating a clock signal for operating said electronic device,
Wherein the clock frequency representing the pulse rate of the clock signal is dependent on an increasing function of the operating voltage,
Wherein the rate of the timing events is substantially at the target level when the operating voltage is greater than the threshold voltage and the clock frequency is in accordance with an increasing function of the operating voltage and wherein the operating voltage is less than the threshold voltage Wherein the rate of the timing events exceeds the target level in accordance with an increasing function of the operating voltage.
청구항 1에 있어서,
상기 제어 가능한 클록 신호 발생기(102)는 상기 동작 전압의 증가함수에 따라 상기 동작 전압에 응답하는 전압 제어 발진기를 포함하는, 제어 시스템.
The method according to claim 1,
Wherein the controllable clock signal generator (102) comprises a voltage controlled oscillator responsive to the operating voltage in accordance with an increasing function of the operating voltage.
청구항 1에 있어서,
상기 제어기(301)는 상기 동작 전압을 생성하기 위해 전압 조정기를 제어하기 위한 전압 제어 신호(304) 및 상기 동작 전압의 증가함수에 따라 상기 클록 주파수를 생성하기 위해 제어 가능한 클록 신호 발생기(302)를 제어하기 위한 주파수 제어 신호(305)를 생성하도록 구성되는, 제어 시스템.
The method according to claim 1,
The controller 301 includes a voltage control signal 304 for controlling the voltage regulator to generate the operating voltage and a controllable clock signal generator 302 for generating the clock frequency in accordance with the increasing function of the operating voltage And to generate a frequency control signal (305) for control.
청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
상기 제어기는 :
- 상기 임계 전압을 찾기 전에, 상기 동작 전압이 상기 임계 전압보다 큰 초기 값을 갖도록 설정하며;
- 상기 동작 전압의 초기 값에 대응하는 클록 주파수의 초기 값을 찾기 위해, 상기 타이밍 이벤트들의 레이트가 상기 타겟 레벨 미만일 때 상기 클록 주파수를 증가시키고 그리고 상기 타이밍 이벤트들의 레이트가 상기 타겟 레벨을 초과할 때 상기 클록 주파수를 감소시키도록 상기 제어 가능한 클록 신호 발생기를 제어하고; 그리고
- 상기 동작 전압 및 상기 클록 주파수의 초기 값들에 기초하여, 상기 동작 전압의 증가함수에 따라 동작하도록 상기 제어 가능한 클록 신호 발생기를 튜닝하도록 구성되는, 제어 시스템.
The method according to claim 1 or 2,
The controller comprising:
Setting the operating voltage to an initial value greater than the threshold voltage, before finding the threshold voltage;
Increasing the clock frequency when the rate of the timing events is below the target level, and when the rate of the timing events exceeds the target level to find an initial value of the clock frequency corresponding to an initial value of the operating voltage Control the controllable clock signal generator to reduce the clock frequency; And
And to adjust the controllable clock signal generator to operate in accordance with an increasing function of the operating voltage, based on the operating voltage and the initial values of the clock frequency.
청구항 1 또는 청구항 3에 있어서,
상기 제어기는 :
- 상기 임계 전압을 찾기 전에, 상기 임계 전압보다 큰 각각의 피팅 전압 값을 연속적으로 갖도록 상기 동작 전압을 설정하고;
- 상기 동작 전압이 각각의 피팅 전압 값을 가질 때, 상기 피팅 전압 값들에 대응하는 피팅 주파수 값들을 찾기 위해, 상기 타이밍 이벤트들의 레이트가 상기 타겟 레벨 미만일 때 상기 클록 주파수를 증가시키며 상기 타이밍 이벤트들의 레이트가 상기 타겟 레벨을 초과할 때 상기 클록 주파수를 감소시키고; 그리고
- 상기 피팅 전압 값들 및 상기 피팅 주파수 값들에 기초하여, 상기 클록 주파수의 제어와 관련된 하나 이상의 세팅 파라미터들을 결정하여, 상기 동작 전압의 증가함수에 따르도록 상기 클록 주파수를 설정하도록 구성되는, 제어 시스템.
The method according to claim 1 or 3,
The controller comprising:
Setting the operating voltage to continuously have respective fitting voltage values greater than the threshold voltage, before finding the threshold voltage;
Increasing the clock frequency when the rate of the timing events is less than the target level and comparing the rate of the timing events when the operating voltage has a respective fitting voltage value, Decreasing the clock frequency when the target frequency exceeds the target level; And
- determine one or more setting parameters related to control of the clock frequency based on the fitting voltage values and the fitting frequency values to set the clock frequency to follow an increasing function of the operating voltage.
청구항 1 내지 청구항 5 중 어느 한 항에 있어서,
상기 동작 전압의 증가함수는 상기 동작 전압의 아래로 볼록한 증가함수인, 제어 시스템.
The method according to any one of claims 1 to 5,
Wherein the increasing function of the operating voltage is a convex increasing function below the operating voltage.
청구항 6에 있어서,
상기 동작 전압의 증가함수는 VDD > Vth일 때 실질적으로 다음의 방정식 :
Figure pct00004
에 따르며,
여기서, Fclk는 클록 주파수이며, K는 지연-피팅(delay-fitting) 파라미터이며, Cg는 전자 기기의 트랜지스터 기술과 관련된 특성 인버터의 출력 커패시턴스이고, Vth는 임계 전압이고, 그리고 αv는 1과 2 사이의 속도 포화 인덱스인, 제어 시스템.
The method of claim 6,
Wherein the increasing function of the operating voltage is substantially equal to the following equation when VDD > Vth:
Figure pct00004
Lt; / RTI >
Here, F clk is a clock frequency, K is the delay-and fittings (delay-fitting) is a parameter, C g is the output capacitance of the characteristic inverter associated with transistor technology of the electronic device, Vth is a threshold voltage, and αv 1 2 < / RTI > saturation index.
청구항 1 내지 청구항 7 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제어기는 :
- 상기 전자 기기의 동작과 관련된 타이밍 이벤트들에 대응하는 펄스들을 포함하는 타이밍 이벤트 신호를 수신하고;
- 상기 클록 신호를 수신하고; 그리고
- 샘플 기간(period) 동안 발생하는 상기 타이밍 이벤트 신호의 펄스들의 양 및 동일한 샘플 기간 동안 발생하는 상기 클록 신호의 펄스들의 양에 기초하여 타이밍 이벤트들의 레이트를 계산하도록 구성되는, 제어 시스템.
The method according to any one of claims 1 to 7,
The controller comprising:
- receive a timing event signal comprising pulses corresponding to timing events associated with operation of the electronic device;
- receiving said clock signal; And
- calculate the rate of timing events based on the amount of pulses of the timing event signal occurring during the sample period and the amount of pulses of the clock signal occurring during the same sample period.
전자 기기의 동작과 관련된 타이밍 이벤트들에 응답하는 타이밍 이벤트 검출기가 구비된 전자 기기(103, 303); 및
상기 전자 기기에 공급되는 동작 전압을 제어하기 위한, 청구항 1 내지 청구항 8 중 어느 한 항에 따른 제어 시스템(100, 300)을 포함하는, 전자 시스템.
An electronic device (103, 303) having a timing event detector responsive to timing events associated with operation of the electronic device; And
An electronic system comprising a control system (100, 300) according to any one of claims 1 to 8 for controlling an operating voltage supplied to the electronic device.
청구항 9에 있어서,
상기 전자 기기는 상기 전자 기기의 동작과 관련된 에러들을 교정(repairing)하기 위해 상기 에러들에 응답하는 에러-교정 및/또는 에러 방지 로직을 포함하는, 전자 시스템.
The method of claim 9,
Wherein the electronic device includes error-correcting and / or error protection logic responsive to the errors to repair errors associated with operation of the electronic device.
전자 기기의 동작과 관련된 타이밍 이벤트들에 응답하는 타이밍 이벤트 검출기가 구비된 전자 기기에 공급되는 동작 전압을 제어하기 위한 방법으로서,
상기 방법은 :
- 타이밍 이벤트들의 레이트를 결정하는 단계(401); 및
- 타이밍 이벤트들의 레이트가 실질적으로 타겟 레벨에 있는, 동작 전압의 최소값인 임계 전압을 찾기 위해, 타이밍 이벤트들의 레이트가 타겟 레벨 미만이면 동작 전압을 감소시키고(402), 그리고 타이밍 이벤트들의 레이트가 타겟 레벨을 초과할 때 동작 전압을 증가시키는 단계(403)를 포함하고,
상기 전자 기기를 동작시키는 클록 신호의 펄스 레이트를 나타내는 상기 클록 주파수는 상기 동작 전압의 증가함수에 따르며,
상기 동작 전압이 상기 임계 전압보다 크고 상기 클록 주파수가 상기 동작 전압의 증가함수에 따를 때 상기 타이밍 이벤트들의 레이트는 실질적으로 상기 타겟 레벨에 있으며, 그리고 상기 동작 전압이 상기 임계 전압 미만이고 상기 클록 주파수가 상기 동작 전압의 증가함수에 따를 때 상기 타이밍 이벤트들의 레이트는 상기 타겟 레벨을 초과하는 것을 특징으로 하는, 방법.
CLAIMS 1. A method for controlling an operating voltage supplied to an electronic device having a timing event detector responsive to timing events associated with operation of the electronic device,
The method comprising:
- determining (401) the rate of timing events; And
(402) if the rate of timing events is less than the target level, to find a threshold voltage that is the minimum value of the operating voltage at which the rate of timing events is substantially at the target level, (403) an operating voltage,
Wherein the clock frequency representing the pulse rate of a clock signal for operating the electronic device is dependent on an increasing function of the operating voltage,
Wherein the rate of the timing events is substantially at the target level when the operating voltage is greater than the threshold voltage and the clock frequency is in accordance with an increasing function of the operating voltage and wherein the operating voltage is less than the threshold voltage Wherein the rate of the timing events exceeds the target level in accordance with an increasing function of the operating voltage.
청구항 11에 있어서,
상기 클록 신호는 상기 동작 전압의 증가함수에 따라 상기 동작 전압에 응답하는 전압 제어 발진기를 포함하는 제어 가능한 클록 신호 발생기를 이용하여 생성되는, 방법.
The method of claim 11,
Wherein the clock signal is generated using a controllable clock signal generator comprising a voltage controlled oscillator responsive to the operating voltage in accordance with an increasing function of the operating voltage.
청구항 11에 있어서,
상기 방법은 상기 동작 전압을 생성하기 위해 전압 조정기를 제어하기 위한 전압 제어 신호 및 상기 동작 전압의 증가함수에 따라 상기 클록 주파수를 생성하기 위해 제어 가능한 클록 신호 발생기를 제어하기 위한 주파수 제어 신호를 생성하는 단계를 포함하는, 방법.
The method of claim 11,
The method includes generating a frequency control signal for controlling a clock signal generator controllable to generate the clock frequency in accordance with a voltage control signal for controlling the voltage regulator to generate the operating voltage and an increasing function of the operating voltage ≪ / RTI >
청구항 11 또는 청구항 12에 있어서,
상기 방법은 :
- 상기 임계 전압을 찾기 전에, 상기 동작 전압이 상기 임계 전압보다 큰 초기 값을 갖도록 설정하는 단계;
- 상기 동작 전압의 초기 값에 대응하는 클록 주파수의 초기 값을 찾기 위해, 상기 타이밍 이벤트들의 레이트가 상기 타겟 레벨 미만일 때 상기 클록 주파수를 증가시키고 그리고 상기 타이밍 이벤트들의 레이트가 상기 타겟 레벨을 초과할 때 상기 클록 주파수를 감소시키는 단계; 및
- 상기 동작 전압 및 상기 클록 주파수의 초기 값들에 기초하여, 상기 동작 전압의 증가함수에 따라 동작하도록 제어 가능한 클록 신호 발생기를 튜닝하는 단계를 포함하는, 방법.
The method according to claim 11 or 12,
The method comprising:
- setting the operating voltage to have an initial value greater than the threshold voltage, before finding the threshold voltage;
Increasing the clock frequency when the rate of the timing events is below the target level, and when the rate of the timing events exceeds the target level to find an initial value of the clock frequency corresponding to an initial value of the operating voltage Decreasing the clock frequency; And
- tuning a clock signal generator controllable to operate in accordance with an increasing function of the operating voltage, based on the operating voltage and the initial values of the clock frequency.
청구항 13에 있어서,
상기 방법은 :
- 상기 임계 전압을 찾기 전에, 상기 임계 전압보다 큰 각각의 피팅 전압 값을 연속적으로 갖도록 상기 동작 전압을 설정하는 단계;
- 상기 동작 전압이 각각의 피팅 전압 값을 가질 때, 상기 피팅 전압 값들에 대응하는 피팅 주파수 값들을 찾기 위해, 상기 타이밍 이벤트들의 레이트가 상기 타겟 레벨 미만일 때 상기 클록 주파수를 증가시키며 상기 타이밍 이벤트들의 레이트가 상기 타겟 레벨을 초과할 때 상기 클록 주파수를 감소시키는 단계; 및
- 상기 피팅 전압 값들 및 상기 피팅 주파수 값들에 기초하여, 상기 클록 주파수의 제어와 관련된 하나 이상의 세팅 파라미터들을 결정하여, 상기 동작 전압의 증가함수에 따르도록 상기 클록 주파수를 설정하는 단계를 포함하는, 방법.
14. The method of claim 13,
The method comprising:
- setting the operating voltage to have successively each fitting voltage value greater than the threshold voltage, before finding the threshold voltage;
Increasing the clock frequency when the rate of the timing events is less than the target level and comparing the rate of the timing events when the operating voltage has a respective fitting voltage value, Decreasing the clock frequency when the target frequency exceeds the target level; And
- determining one or more setting parameters related to the control of the clock frequency, based on the fitting voltage values and the fitting frequency values, and setting the clock frequency to follow an increasing function of the operating voltage .
청구항 11 내지 청구항 15 중 어느 한 항에 있어서,
상기 동작 전압의 증가함수는 상기 동작 전압의 아래로 볼록한 증가함수인, 방법.
The method according to any one of claims 11 to 15,
Wherein the increasing function of the operating voltage is a convex increasing function below the operating voltage.
청구항 16에 있어서,
상기 동작 전압의 증가함수는 VDD > Vth일 때 실질적으로 다음의 방정식 :
Figure pct00005
에 따르며,
여기서, Fclk는 클록 주파수이며, K는 지연-피팅(delay-fitting) 파라미터이며, Cg는 전자 기기의 트랜지스터 기술과 관련된 특성 인버터의 출력 커패시턴스이고, Vth는 임계 전압이고, 그리고 αv는 1과 2 사이의 속도 포화 인덱스인, 방법.
18. The method of claim 16,
Wherein the increasing function of the operating voltage is substantially equal to the following equation when VDD > Vth:
Figure pct00005
Lt; / RTI >
Here, F clk is a clock frequency, K is the delay-and fittings (delay-fitting) is a parameter, C g is the output capacitance of the characteristic inverter associated with transistor technology of the electronic device, Vth is a threshold voltage, and αv 1 2 < / RTI >
청구항 11 내지 청구항 15 중 어느 한 항에 있어서,
상기 타이밍 이벤트들의 레이트를 결정하는 단계는 :
- 상기 전자 기기의 동작과 관련된 타이밍 이벤트들에 대응하는 펄스들을 포함하는 타이밍 이벤트 신호를 수신하는 단계;
- 상기 클록 신호를 수신하는 단계; 및
- 샘플 기간(period) 동안 발생하는 상기 타이밍 이벤트 신호의 펄스들의 양 및 동일한 샘플 기간 동안 발생하는 상기 클록 신호의 펄스들의 양에 기초하여 타이밍 이벤트들의 레이트를 계산하는 단계를 포함하는, 방법.
The method according to any one of claims 11 to 15,
Wherein determining the rate of the timing events comprises:
- receiving a timing event signal comprising pulses corresponding to timing events associated with operation of the electronic device;
- receiving the clock signal; And
Calculating the rate of timing events based on the amount of pulses of the timing event signal occurring during the sample period and the amount of pulses of the clock signal occurring during the same sample period.
전자 기기의 동작과 관련된 타이밍 이벤트들에 응답하는 타이밍 이벤트 검출기가 구비된 전자 기기에 공급되는 동작 전압을 제어하기 위한 컴퓨터 프로그램으로서,
상기 컴퓨터 프로그램은 프로그램 가능한 프로세싱 시스템이 :
- 타이밍 이벤트들의 레이트를 결정하는 동작;
- 타이밍 이벤트들의 레이트가 실질적으로 타겟 레벨에 있는, 동작 전압의 최소값인 임계 전압을 찾기 위해, 타이밍 이벤트들의 레이트가 타겟 레벨 미만이면 동작 전압을 감소시키고, 그리고 타이밍 이벤트들의 레이트가 타겟 레벨을 초과할 때 동작 전압을 증가시키는 동작; 및
- 상기 전자 기기를 동작시키는 클록 신호를 생성하기 위해 제어 가능한 클록 신호 발생기를 제어하는 동작을 수행하도록 제어하기 위한 컴퓨터 실행 가능한 명령들을 포함하며,
상기 클록 신호의 펄스 레이트를 나타내는 상기 클록 주파수는 상기 동작 전압의 증가함수에 따르며,
상기 동작 전압이 상기 임계 전압보다 크고 상기 클록 주파수가 상기 동작 전압의 증가함수에 따를 때 상기 타이밍 이벤트들의 레이트는 실질적으로 상기 타겟 레벨에 있으며, 그리고 상기 동작 전압이 상기 임계 전압 미만이고 상기 클록 주파수가 상기 동작 전압의 증가함수에 따를 때 상기 타이밍 이벤트들의 레이트는 상기 타겟 레벨을 초과하는 것을 특징으로 하는, 컴퓨터 프로그램.
A computer program for controlling an operating voltage supplied to an electronic device having a timing event detector responsive to timing events associated with operation of an electronic device,
The computer program comprises a programmable processing system:
- determining the rate of timing events;
Decreasing the operating voltage if the rate of timing events is below the target level to find a threshold voltage which is the minimum value of the operating voltage at which the rate of timing events is substantially at the target level and if the rate of timing events exceeds the target level Increasing the operating voltage; And
- controllable clock signal generator for generating a clock signal for operating the electronic device,
Wherein the clock frequency representing the pulse rate of the clock signal is dependent on an increasing function of the operating voltage,
Wherein the rate of the timing events is substantially at the target level when the operating voltage is greater than the threshold voltage and the clock frequency is in accordance with an increasing function of the operating voltage and wherein the operating voltage is less than the threshold voltage Wherein the rate of the timing events exceeds the target level in accordance with an increasing function of the operating voltage.
청구항 19에 따른 컴퓨터 프로그램으로 인코딩된 비-일시적 컴퓨터 판독 가능 매체를 포함하는 컴퓨터 프로그램 제품.
















20. A computer program product comprising a non-transitory computer readable medium encoded with a computer program according to claim 19.
















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